JP4984015B1

JP4984015B1 - 放電表面処理用電極および放電表面処理用電極の製造方法

Info

Publication number: JP4984015B1
Application number: JP2012507749A
Authority: JP
Inventors: 信行鷲見; 昭弘後藤; 浩行寺本; 裕介安永; 善和中野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: CN103221580B; CN103221580A; US20130292612A1; JPWO2013076761A1; DE112011105866T5; WO2013076761A1

Abstract

電極材料の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と基材の間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、基材表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる皮膜を形成する放電表面処理に使用する放電表面処理用電極において、平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下の硬質材料粉末に、平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下のＳｉ粉末を混合した混合物を電極材料として用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、硬質材料の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、電極と基材との間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、基材表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる皮膜を形成する放電表面処理に関するものである。

国際公開番号ＷＯ０１／００５５４５には、実用的な放電表面処理用電極およびその製造方法が開示されている。この技術は、金属炭化物の粉末であるＴiＣ粉末と金属水素化物の粉末であるＴiＨ２粉末とを混合し、圧縮成形後に加熱処理を行い、前記ＴiＨ2粉末中の水素を放出させて、Ｔi粉末とし、適度な強度および崩れやすさ並びに安全性を持った実用的な放電表面処理用電極を製造する方法である。

特開２００５-２１３５５号公報には、高温環境下での強度と潤滑性が必要とされる、緻密で比較的厚膜（１００μｍのオーダー以上）の表面処理方法が開示されている。この技術は、電極中に１．５〜５．０重量％のＳｉ、或いは１．０〜４．５重量％のＢを混入することで、皮膜中の酸素原子をＳｉやＢが奪い、皮膜中の不要な酸素原子がなくなり、粉末材料同士の密着がよくなることで、緻密で強固な皮膜を形成する方法である。

以上のような放電表面処理用電極を用いた放電表面処理を実施した結果、プレス金型、タレットパンチ、切削工具などでは長寿命化が達成されている。
一方、放電表面処理面の硬さは１７００〜２５００ＨＶ程度で非常に硬質であるが、面粗さは６〜１２μｍＲｚとやや大きく、良好な面粗さが必要とされる用途では、より平滑な硬質皮膜の形成が求められている。

国際公開番号ＷＯ０１／００５５４５特開２００５-２１３５５号公報

本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、平滑かつ高硬度な皮膜を形成することができる放電表面処理方法を提供することを目的としている。

本発明にかかる電極材料の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と基材の間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、基材表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる皮膜を形成する放電表面処理に使用する放電表面処理用電極は、平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下の硬質材料粉末に、平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下のＳｉ粉末を混合した混合分を電極材料として用いるものである。

本発明によれば、平滑かつ高硬度な皮膜を形成することができる。

電極へのＳｉ混合比と皮膜面粗さの関係を示す特性図である。電極へのＳｉ混合比と皮膜硬さの関係を示す特性図である。電極へのＳｉ混合比と皮膜Ｓｉ濃度の関係を示す特性図である。実施の形態１の比較例として示したＴｉＣ皮膜表面のＳＥＭ写真である。Ｓｉ混入ＴｉＣ皮膜表面のＳＥＭ写真である。Ｓｉ混入ＴｉＣ皮膜表面のＳＥＭ写真である。Ｓｉ混入ＴｉＣ皮膜表面のＳＥＭ写真である。実施の形態１の比較例として示したＳｉ皮膜表面のＳＥＭ写真である。粉砕・混合粉のＳＥＭ写真である。Ｓｉ混入ＴｉＣ皮膜表面のＳＥＭ写真である。粉砕・混合粉のＳＥＭ写真である粉砕・混合粉の粒度分布測定結果であるＳｉ混入ＴｉＣ皮膜表面方向からのＸ線回折パターン測定結果である。電極へのＳｉ混合比と皮膜Ｔｉ濃度の関係を示す特性図である。皮膜の形成メカニズムを示す図である。電極へのＳｉ混合比と耐エロージョン性の関係を示す特性図である。ウォータージェット噴射後の皮膜の表面状態の観察結果である。電極へのＳｉ混合比と耐食性の関係を示す特性図である。１ｈ王水浸漬後の皮膜の表面状態の観察結果である。電極中のＳｉ混合比（重量比）と各皮膜特性の関係を表した図である。電極へのＳｉ混合比と皮膜の各成分濃度の関係を表した図である。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
実施の形態１．

本実施の形態では硬質材料の粉末として、ＴｉＣ粉を用いて説明する。ＴｉＣ粉とＳｉ粉を少しずつ割合を変化させて混合したＴｉＣ＋Ｓｉ混合粉を用いて放電表面処理用電極を作成し、電極と被処理材（基材）との間に電圧を印加して放電を発生させ、基材に皮膜を形成する。

図１は、電極へのＳｉ混合比（重量％）と皮膜の面粗さの関係を示したものである。ＴｉＣ粉に、少しずつ割合を変化させてＳｉ粉を混合して作成したＴｉＣ＋Ｓｉ電極で炭素鋼Ｓ４５Ｃに処理した皮膜の面粗さを測定した結果、電極へのＳｉ混合比が大きくなるほど、皮膜の面粗さは小さくなっている。なお、本実施の形態では、皮膜の面粗さは２〜６μｍＲｚの範囲で変化している。

図２は、電極へのＳｉ混合比（重量％）と皮膜の硬さの関係を示したものである。ＴｉＣ粉に、少しずつ割合を変化させてＳｉ粉を混合して作成したＴｉＣ＋Ｓｉ電極で炭素鋼Ｓ４５Ｃに処理した皮膜の硬さを測定した結果、Ｓｉ混合比が６０重量％以下では、電極へのＳｉ混合比が大きくなるほど、皮膜の硬さは小さくなっている。また、Ｓｉ混合比が６０重量％以上では皮膜の硬さはほとんど変わっていない。なお、本実施の形態では、皮膜の硬さは８００〜１７００ＨＶの範囲で変化している。

また、図１のように電極にＳｉをより混入しておくほど、皮膜の面粗さは徐々に小さくなっていくため、電極中のＳｉ重量比を任意に変化させた電極を用いることで、皮膜の面粗さを２〜６μｍＲｚの間で任意にコントロールできる。また、図２のように電極にＳｉをより混入しておくほど、皮膜硬さは徐々に小さくなっていくため、電極中のＳｉ重量比を任意に変化させることで、皮膜の硬さを８００〜１７００ＨＶの間で任意にコントロールできる。

ここで、本実施の形態で用いた表面粗さの測定方法は次の通りである。測定装置はＴａｙｌｏｒＨｏｂｓｏｎ製フォームタリサーフを用い、スタンダードのスタイラスで、測定長さを４．８ｍｍ、高域カットオプ長０．８ｍｍ、バンド幅比１００：１、フィルタタイプをガウシアンとして測定した。測定した値はＪＩＳのＢ０６０１：２００１に準拠した。

また、皮膜硬さの測定は皮膜表面方向から行い、測定荷重は１０ｇｆとした。測定装置は島津製作所製微小硬度計である。

なお、ＴｉＣ粉とＳｉ粉を少しずつ割合を変化させて混合して作成したＴｉＣ＋Ｓｉ電極で炭素鋼Ｓ４５Ｃに処理した皮膜のＳｉ濃度を測定したところ、電極内のＳｉ重量比と皮膜のＳｉ濃度の関係は図３の通りとなった。電極内のＳｉ重量比が大きくなると、皮膜のＳｉ濃度も大きくなっている。
なお、ここで言うＳｉ量は、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＸ）により、皮膜表面方向から測定した値であり、測定条件は、加速電圧１５．０ｋＶ，照射電流１．０ｎＡである。

このように、電極のＳｉ混合比が多くなるほど、皮膜に含まれるＳｉ濃度は大きくなり、その結果、皮膜の面粗さは小さくなっていると考えられるが、そのメカニズムを調査するため、皮膜の表面をＳＥＭで観察を行った。その結果、Ｓｉ濃度が大きくなるにつれて、皮膜にクラックなどの欠陥が少なくなり、また放電痕一つ一つの盛り上がりが小さくなっていることが観察された。

以降、各混合比（重量比）の電極を、例えばＴｉＣ粉末：Ｓｉ粉末＝８：２であればＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極、ＴｉＣ粉末：Ｓｉ粉末＝５：５であればＴｉＣ＋Ｓｉ（５：５）電極のように表記する。

例として、図４〜図８に、比較としてＴｉＣ電極で処理した表面、ＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（７：３）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（５：５）電極で処理した表面、比較としてＳｉ電極で処理した表面のＳＥＭ観察結果を示す。
ＴｉＣ電極での処理面では、クラックなどの欠陥が非常に多く、放電痕一つ一つの盛り上がりが大きく、ＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（７：３）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（５：５）電極の順に、処理面にクラックなどの欠陥は少なくなり、放電痕一つ一つの盛り上がりが小さくなり、Ｓｉ電極での処理面ではクラックなどの欠陥は全く見られず、放電痕一つ一つの盛り上がりが非常に小さいことが観察できる。

ここで、皮膜に含まれるＳｉ濃度は大きくなることで、放電痕一つ一つの盛り上がりが小さくなるメカニズムは次のように考えている。すなわち、Ｓｉは粘性率が他の金属に比べて小さい（０．９４ｍＮ・ｓ／ｍ２）ため、Ｓｉが混入されることで、放電により溶融した電極材質が基材に移行して凝固する際に、溶融部分のＳｉ濃度が大きくなることで、溶融部分の粘性率が小さくなり、より扁平に拡がりながら凝固するため、盛り上がりが小さくなると考えられる。

次に、電極製造に用いる原料粉末の粒径について説明する。
ここで、本実施の形態における放電表面処理用電極を構成する原料粉末の平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒度分析計（マイクロトラック製ＭＴ３０００）によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（Ｄ５０）を意味するものである。
本実施の形態では、平均粒径５μｍ或いは平均粒径１．３μｍの硬質材料であるＴｉＣ粉と、平均粒径５μｍのＳｉ粉を用い、両粉末を混合して放電表面処理用電極を作成したが、ＴｉＣ粉及びＳｉ粉は、平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下の範囲を選定すればよい。
なお、電極製造に関しては、個々に電極材料をボールミルなど用いて粉砕したものを混合する場合、両電極材料をボールミルなど用いて同時に粉砕しつつ混合する場合等が想定されるが、放電表面処理用電極を構成する原料粉、或いは粉砕・混合後の粉末（粉砕・混合粉）において、上述した平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下の範囲を選定すればよい。

平均粒径０．３μｍ以上を選定した理由は、平均粒径が０．３μｍより小さい場合、良好な皮膜を得ることができないことが本発明者らの実験より明らかとなったからである。
例えば、図９のＳＥＭ写真のような、平均粒径が０．３μｍより小さい粉砕・混合粉を用いてＴｉＣ＋Ｓｉ電極を製造した場合、放電表面処理すると、図１０のような面が荒れた皮膜（面粗さＲｚ：９μｍ）になる。これは、焼結により粉同士のくっつきが強くなり、電極が強固になりすぎるため、放電表面処理中に良好に電極材料が基材側に移行しないためと考えられる。そのため、原料粉もしくは粉砕・混合粉の平均粒径は、０．３μｍ以上であることが望ましく、より望ましくは０．６μｍ以上であり、さらに望ましくは１μｍ以上である。
一方、平均粒径が１０μｍ以下の範囲を選定した理由は、平均粒径が１０μｍより大きい場合は、放電表面処理中に極間において短絡が発生しやすくなり、安定した放電が起こりにくく、短絡部を起点に皮膜表面に凸部が形成され、良好な皮膜を得ることができないからである。そのため、平均粒径は、１０μｍ以下であることが望ましく、より望ましくは７μｍ以下であり、さらに望ましくは、５μｍ以下である。

なお、平均粒径１０μｍ以下の範囲の範囲とは、具体的には、２０μｍ以上の粒径の粉末が、５体積％以下であることが望ましく、より望ましくは３体積％以下であり、さらに望ましくは１体積％以下である。
この理由は、粒径が２０μｍ以上の粉末が多く含まれていると、放電表面処理中に極間において、粒径が２０μｍ以上の粉末を介した短絡が発生しやすくなり、安定した放電が起こりにくく、短絡部を起点に皮膜表面に凸部が形成され、良好な皮膜を得ることができないためである。

図１１、図１２は、ＴｉＣ粉とＳｉ粉の、重量比８：２の、２０μｍ以上の粒径の粉末が１％以下の粉砕・混合粉のＳＥＭ写真、粒度分布測定結果である。図に示されるように、平均粒径Ｄ５０が３．５７７μｍであり、２０μｍより小さい粒径の粉末が９９．７６体積％すなわち２０μｍ以上の粒径の粉末が０．２４体積％であることが明確に示されている。この粉砕・混合粉を使用して電極を製造し、放電表面処理を行なったところ、図５（ＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極で処理した表面）と同等の良好な皮膜を得ることができた。

次に、ＴｉＣ粉とＳｉ粉との混合比率を少しずつ変化させて作成したＴｉＣ＋Ｓｉ電極について考察すると、各混合比率が異なる放電用面処理用電極で処理した皮膜に対してＸ線回折測定を行ったところ、ＴｉＣの回折ピークが確認され、電極材料時のＴｉＣは、放電表面処理後もＴｉＣとして皮膜に存在していることが分かった。Ｔｉ単体の回折ピークは確認されない。例として、図１３にＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（７：３）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（５：５）電極で成膜した皮膜のＸＲＤ回折測定結果を示す。

一方、電極のＳｉ混合比が大きくなる、すなわち電極のＴｉＣ混合比が小さくなると、皮膜のＴｉＣのいずれの回折ピークの積分強度も小さくなっている。また、図１４は、電極へのＳｉ混合比と皮膜のＴｉ濃度の関係を示している。電極のＳｉ混合比が大きくなる、すなわち電極のＴｉＣ混合比が小さくなると、皮膜のＴｉ濃度は小さくなる。ＸＲＤ回折測定結果より、Ｔｉ単体のピークは見られないため、電極時のＴｉＣは一部放電表面処理時に分解している可能性はあるが、大部分はそのままＴｉＣの状態で皮膜内に存在していると考えられる。以上より、電極のＳｉ混合比が大きくなる、すなわち電極のＴｉＣ混合比が小さくなると、皮膜のＴｉＣ濃度も相対的に小さくなっていると推察される。

以上より、電極へのＳｉ混合比が大きくなると、皮膜において、硬質のＴｉＣ濃度が小さくなり、その結果皮膜硬さが小さくなると考えられる。

一方、処理表面には前述の定量分析の通り、Ｓｉ元素が数〜数十重量％程度存在しているにもかかわらず、Ｘ線回折測定の結果、いずれの皮膜もＳｉの結晶の回折ピークは確認できなかった。このことから、Ｓｉ単体は基材成分と合金を形成している、もしくは非晶質状態になっていると考えられる。

電極にＳｉを混合することで皮膜のＳｉ濃度を大きくすることの効果をまとめると、図１５のようになる。すなわち、電極へのＳｉ混合比が小さいとき、放電表面処理による溶融部（皮膜）にクラックなどの欠陥が非常に多く、放電痕一つ一つの盛り上がりが大きい。一方、Ｓｉ混合比が大きくなるにつれて、クラックなどの欠陥は少なくなり、放電痕一つ一つの盛り上がりは小さくなる。また、皮膜は、Ｓｉ単体と基材成分が合金を形成している、もしくは非晶質状態になっていると推察され、そこにＴｉＣが分散している皮膜形態になっていると推察している。なお、皮膜は一部基材高さよりも低い位置まで拡散している。皮膜は拡散部分まで合わせて、５〜２０μｍ程度である。

次に、ＴｉＣ粉とＳｉ粉を少しずつ割合を変化させて混合して作成したＴｉＣ＋Ｓｉ電極で処理した皮膜について、耐エロージョン性について各皮膜の評価を行った。ここでは、基材はＳＵＳ６３０（Ｈ１０７５）とした。また、耐エロージョン性はウォータージェットを皮膜に当てることにより評価した。なお、耐エロージョン性は、一般的には硬さと相関が強いと言われている。一方、硬さだけでは説明がつかない点も多く、硬さ以外の要素としては、表面の性状が影響しており、粗い面より、より平滑な面の方が耐エロージョン性が上がることが分かってきている。Ｓｉ電極で処理した皮膜では高い耐エロージョン性が得られることが分かっていたが、今回評価した結果、ＴｉＣ電極にＳｉを５重量％以上混入した電極で処理した皮膜で耐エロージョン性の向上が現れ始めた。なお、５重量％程度では表面に欠陥が多少存在していることから評価にバラツキが見られた。そこで、さらに混入比を大きくすると、１０重量％以上で十分な効果を付与することができ、より望ましくは２０重量％以上混入した方がよい。２０重量％以上混入した場合、評価にばらつきもなく、高い耐エロージョン性を有していた。図１６は、電極へのＳｉ混合比と耐エロージョン性の関係を模式的に示した図である。

なお、このように、高い耐エロージョン性を有しているのは、以下の点が複合的に効果を及ぼしていると考えている。
・皮膜が非晶質になっていることから、粒界からの破壊が起こりにくい
・ＴｉＣが分散していることで、高硬度になっている
・Ｓｉが混入されることで、平滑になっている

例として、ＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（７：３）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（５：５）電極で処理した皮膜に対して、８０ＭＰａのウォータージェットを１ｈｒ噴射した後の表面状態を観察した結果を図１７に示す。比較として、基材のみ、ＴｉＣ電極での皮膜、Ｓｉ電極での皮膜での結果も示している。基材のみでは大きく損傷が発生し、ＴｉＣ電極での処理面でも損傷が発生している。一方、ＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（７：３）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（５：５）電極で処理したいずれの皮膜において損傷は発生していない。

次に、耐食性について各皮膜の評価を行った。ここでは、基材はＳＵＳ３１６とした。Ｓｉ電極で処理した皮膜では高い耐食性が得られることが知られているが、ＴｉＣ電極にＳｉを５重量％以上混入した電極で処理した皮膜において高い耐食性を有していた。なお、５重量％程度では表面に欠陥が多少存在していることから評価にバラツキが見られた。そこで、さらに混入比を大きくすると、１０重量％以上で十分な効果を付与することができ、より望ましくは２０重量％以上混入した方がよい。２０重量％以上混入した場合、評価にばらつきもなく、高い耐食性を有していた。図１８は、電極へのＳｉ混合比と耐食性の関係を模式的に示した図である。

なお、このように、高い耐食性を有しているのは、以下の点が複合的に効果を及ぼしていると考えている。
・皮膜が非晶質になっていることから、粒界からの腐食が起こりにくい
・Ｓｉが混入されることで、クラックなどの欠陥が少なくなっている

例として、ＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（７：３）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（５：５）電極で処理した皮膜に対して、腐食液：王水に1時間浸漬した後の表面状態を観察した結果を図１９に示す。比較として、基材のみ、ＴｉＣ電極での皮膜、Ｓｉ電極での皮膜での結果も示している。基材のみでは大きく腐食し、ＴｉＣ電極での処理面でも腐食されている。一方、ＴｉＣ＋Ｓｉ（８：２）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（７：３）電極、ＴｉＣ＋Ｓｉ（５：５）電極で処理したいずれの皮膜において腐食は発生していない。

これまでで得られた結果より、横軸に放電表面処理用電極中のＳｉ混合比（重量比）をとり、縦軸にその電極で処理して得られた皮膜特性（面粗さ、硬さ、耐エロージョン性、耐食性、耐酸化性）をとると、図２０の通りである。すなわち、Ｓｉ混合比が５〜６０重量％のとき、皮膜は平滑かつ高硬度であり、さらに高い耐エロージョン性、耐食性、耐酸化性を有した皮膜を形成することができる。Ｓｉ混合比が５重量％以下のとき、面粗さはＴｉＣ電極での皮膜と同程度であり、また十分な耐エロージョン性、耐食性、耐酸化性が得られない。また、Ｓｉ重量比が６０重量％以上のとき、硬さはＳｉ電極での皮膜と同程度であり、他の特性はＳｉ電極での皮膜と同程度もしくは、特に面粗さに関しては劣っている。

ＥＤＸによる元素濃度測定結果およびＸ線回折結果より、ＴｉＣ粉に少しずつ割合を変化させてＳｉ粉を混合して作成したＴｉＣ＋Ｓｉ電極で炭素鋼Ｓ４５Ｃに処理した皮膜のＳｉ濃度、ＴｉＣ濃度、基材（Ｆｅ）濃度は図２１のようになる。
前述した通り、Ｓｉ混合比が５〜６０重量％のとき、この電極を用いて炭素鋼Ｓ４５Ｃに形成した、平滑かつ高硬度であり、さらに高い耐エロージョン性、耐食性、耐酸化性を有した皮膜の各成分濃度は、Ｓｉ濃度：１〜１１重量％、ＴｉＣ濃度：１０〜７５重量％、基材成分（Ｆｅ）濃度：２０〜９０重量％の範囲であった。

本実施の形態では、ＴｉＣにＳｉを混合した場合について説明したが、前述したような理由で良好な特性が得られているので、ＴｉＣの代わりに硬質な他の材料、例えば金属であればＷ、Ｍｏなど、セラミックスであればＷＣ、ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＭｏＣ、ＳｉＣ、ＴａＣなどの炭化物を用いても良い。また、ＴｉＮ、ＳｉＮなどの窒化物、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物を用いても良い。なお、絶縁物を用いる場合は、Ｓｉを多めに入れて導電性を確保できるようにすることで同様の効果が得られる。

なお、他の材料とＳｉの混合比については、ＴｉＣとＳｉの場合と同様の体積比の範囲で混合した場合、同様の効果が得られた。本実施の形態においては、ＴｉＣとＳｉの混合比は重量比で規定しているが、ＴｉＣの密度は、４．９３ｇ／ｃｍ^３であり、Ｓｉの密度は２．３ｇ／ｃｍ^３であることから、重量を密度で除して、体積比に換算すると、例えば、ＴｉＣ：Ｓｉ＝９５重量％：５重量％＝９０体積％：１０体積％であり、ＴｉＣ：Ｓｉ＝４０重量％：６０重量％＝２５体積％：７５体積％である。すなわち、硬質な他の材料に対して、Ｓｉを１０〜７５体積％で混合することで、平滑かつ高硬度であり、さらに高い耐エロージョン性、耐食性、耐酸化性を有した皮膜を形成することができる。

また、本実施の形態では、混入する材料として、Ｓｉを用いたが、粘性率が小さい金属の粉末を混入しても同様の効果が得られる。粘性率が低い材料として、例えば、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｂｉ、Ｓｎ、ＩｎなどをＳｉの代わりに用いても良い。

本実施の形態では、粉末の状態でＴｉＣとＳｉを一定の重量比で混合したが、あらかじめＴｉＣとＳｉが一定の割合で含有している粉末を用いて放電表面処理用電極を製造してもよい。その場合には、ＴｉＣとＳｉが均一に混ざることができ、より望ましい。

本実施の形態では、Ｆｅ基の材料を基材に用いたが、他の材料であっても同様の効果が得られる。例えば、基材が耐熱合金のＮｉ基合金やＣｏ合金でも同様の効果が得られる。また、基材がＡｌやＣｕの場合は、ＴｉＣ電極での皮膜は、基材がＦｅ基の場合に比べて面粗さが大きくなる傾向があるが、ＴｉＣ＋Ｓｉ電極を用いると同様の効果が得られる。

電極材料にＳｉを加える発明として、特開昭５６−５１５４３号公報があるが、これは、通常の放電加工の電極に関する発明であり、加工速度を上げることを目的としており、硬質材料皮膜を形成し、その皮膜が平滑になるようにＳｉを混入して粘性率を小さくする本発明とは異なる分野の発明である。

特開２００５-２１３５５号公報には、高温環境下での強度と潤滑性を必要とされる、空孔が無く緻密で比較的厚膜（金属材料を１００μｍのオーダー以上）の表面処理方法を確立することを目的として、電極材料として、酸素原子を奪うために１．０〜４．５重量％のＢ（硼素）、あるいは１．５〜５．０重量％のＳi（珪素）を含む放電表面処理用電極が開示されている。しかし、本発明では平滑かつ高硬度な硬質材料の５〜２０μｍ皮膜の表面処理方法を確立することを目的とし、Ｓｉの混入の重量比は５〜６０重量％程度であり、上記公報とは異なる分野の発明である。

本発明に係る放電表面処理用電極は、金型や蒸気タービンなどへの放電表面処理作業に用いられるのに適している。

Claims

電極材料の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と基材の間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、基材表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる皮膜を形成する放電表面処理に使用する放電表面処理用電極において、
平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下の硬質材料粉末に、平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下のＳｉ粉末を混合した混合物を電極材料として用いることを特徴とする放電表面処理用電極。
平均粒径１０μｍ以下の硬質材料及びＳｉ粉末は、粒径２０μｍ以上の粉末が５％体積以下の割合となる粉末を選定したことを特徴とする請求項１に記載の放電表面処理用電極。
平均粒径１０μｍ以下の硬質材料及びＳｉ粉末は、粒径２０μｍ以上の粉末が３体積％以下の割合となる粉末を選定したことを特徴とする請求項２に記載の放電表面処理用電極。
放電表面処理用電極中におけるＳｉ粉末は、１０〜７５体積％混合したものであることを特徴とする請求項１乃至３何れかに記載の放電表面処理用電極。
電極材料の粉末を圧縮成形した圧粉体を電極として、加工液中あるいは気中において電極と基材の間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、基材表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる皮膜を形成する放電表面処理に使用する放電表面処理用電極製造方法において、
硬質材料の粉末にＳｉ粉末を混合しながら粉砕することで、平均粒径０．３μｍ以上、１０μｍ以下の粉砕・混合粉を求め、該粉砕・混合粉を電極材料として圧縮成形することを特徴とする放電表面処理用電極の製造方法。
平均粒径１０μｍ以下の硬質材料及びＳｉ粉末は、粒径２０μｍ以上の粉末が５％体積以下の割合となるまで粉砕工程を実施することを特徴とする請求項５に記載の放電表面処理用電極の製造方法。
平均粒径１０μｍ以下の硬質材料及びＳｉ粉末は、粒径２０μｍ以上の粉末が３％体積以下の割合となるまで粉砕工程を実施することを特徴とする請求項６に記載の放電表面処理用電極の製造方法。
Ｓｉ粉末は、硬質材料の粉末に１０〜７５体積％混合したものであることを特徴とする請求項５に記載の放電表面処理用電極の製造方法。